一种直拉大尺寸无位错锗单晶新型缩颈工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种直拉大尺寸无位错锗单晶新型缩颈工艺，包括以下步骤：(1)通过常规缩颈工艺将细颈的尺寸控制在3

【技术实现步骤摘要】
一种直拉大尺寸无位错锗单晶新型缩颈工艺


[0001]本专利技术涉及一种直拉大尺寸无位错锗单晶新型缩颈工艺，属于直拉法生长无位错单晶


技术介绍

[0002]无位错锗单晶是空间砷化镓三结太阳能电池的关键衬底材料，目前获得无位错锗单晶的最主要方法为直拉法。直拉法又称为切克劳斯基法，它是1918年由切克劳斯基(Czochralski)建立起来的一种晶体生长方法，简称CZ法。直拉法生长无位错锗单晶较其他方法具有更高的生长效率、更大的直径尺寸上限、更直观的生长过程观测、更可控的工艺条件，是产业化生产较为理想的单晶生长方式。在直拉法晶体生长时，当籽晶浸入熔体引晶时，由于熔体的热冲击作用，会导致籽晶熔接部位产生位错。在直拉法生长无位错单晶中通常采用缩颈(Dash)工艺排除引晶位错，细颈的尺寸控制在3-5mm，长度150-300mm，可确保排除引晶位错。如果细颈偏粗，如大于10mm，则很难实现无位错晶核。对于锗单晶，若采取Φ5mm细颈，但拉制单晶重量达到2kg时，细颈承受的重力就达到1MPa，和临界应力相当。而锗单晶比重达到5.33g/cm2，较大，拉制大直径锗单晶时为避免晶变，通常采用放慢肩模式(放肩角度一般为45度)，由于锗的比重较大，当单晶直径达到6英寸以上时，单晶肩部重量将超过4kg，而拉制8英寸单晶，其肩部重量将达到12kg，若细颈为Φ5mm，对6英寸单晶而言，细颈承受重力达到2MPa，对8英寸单晶而言，承受重力达到6MPa。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种直拉大尺寸无位错锗单晶新型缩颈工艺，用于在小梯度热场下，拉制大尺寸无位错锗单晶时，减少细颈因受单晶重力因素导致塑性形变而产生位错，避免这些位错延伸到单晶。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]一种直拉大尺寸无位错锗单晶新型缩颈工艺，包括以下步骤：
[0006](1)通过常规缩颈工艺将细颈的尺寸控制在3-5mm，长度150-300mm；
[0007](2)将细颈放粗到Φ15
±
2mm，即放粗到直径为13-17mm的范围内，等径长度200-300mm，然后再放肩到单晶所需的直径。
[0008]在本专利技术的工艺中，增加一段Φ15
±
2mm的粗颈，这样当单晶重量增加时，细颈尾端已经处于较冷温区，不会产生塑性形变，而粗颈尽管还处于塑性形变温度范围，但其可以承受更大的重量，只要其受到的重力小于临界应力，就不会产生位错，这样就减少无位错锗单晶中因重力因素导致细颈产生位错的几率，提高无位错单晶的合格率。
[0009]本专利技术的有益效果：
[0010]1、在低温度梯度热场中，保证单晶重力达到细颈产生位错的临界应力时，细颈已经进入600℃以下的冷区，不会产生位错。
[0011]2、通过以Φ15
±
2mm的直径等径一段长度的方式，保证单晶重量增加时，处于高温
区的粗颈，能够承受更大的重力，而不会因重力过大而产生新的位错。
[0012]3、纵使细颈仍然因重力产生少部分位错，而向下延伸，位错只能延伸到以Φ15
±
2mm等径的这段单晶长度范围内，减少位错延伸到所拉制的单晶中的几率。
附图说明
[0013]图1为采用本专利技术的工艺直拉大尺寸无位错锗单晶时的结构示意图。
[0014]附图标记
[0015]1籽晶 2细颈 3粗径 4放肩部位 5等径部位 6坩埚 7熔体
具体实施方式
[0016]下面结合附图及实施例对本专利技术进行进一步说明。
[0017]如图1所示，采用本专利技术的工艺直拉大尺寸无位错锗单晶时，籽晶1下方为采用常规缩颈工艺形成的细颈2，在细颈2下方形成放粗后的粗径3，形成一定长度的粗径3之后进行放肩形成放肩部分4。放肩到所需的直径后，进行等径生长形成等径部分5，图1中下部包括坩埚6及熔体7。
[0018]作为本专利技术一种具体实施方式，具体的工艺过程为：
[0019]1、首先通过缩颈工艺，将细颈直径控制在Φ3mm-Φ5mm范围内，拉制长度在150mm左右，充分排除原生籽晶在熔接时因热冲击而产生的位错。
[0020]2、细颈长度达到要求后，保证温度不变，以保证热场中的温度分布处于稳定的状态，将籽晶提拉速度逐渐降低，使细颈开始放肩变粗。
[0021]3、当直径达到15
±
2mm范围时，将拉速缓慢提升，直到实现直径在15
±
2mm范围内的等径，保证直径不变，稳定拉速，以此时的直径拉制一段长度，直到细颈部位到达600℃以下的热场区域。粗颈部位的长度与热场温度梯度以及所拉制单晶直径有关，对于小梯度热场，拉制6英寸单晶，粗颈长度达到200mm以上，而对于8英寸单晶，粗颈长度至少要达到300mm以上。粗径长度控制标准是当单晶达到需要的直径时，上方缩颈尾端已经处于600℃以下热场区域。
[0022]4、当细颈到达600℃以下区域后，将拉速再次降低，配合温度微调，开始放肩工艺，直到所需尺寸，进行等径生长。
[0023]对于直径Φ15mm的粗径，即便是拉制8英寸单晶，其承受重力只有0.7MPa，小于临界应力，这样，粗细颈即便仍在塑性形变区，也不会产生位错。而由于粗径的存在，当单晶进入转肩时，其缩颈部位已经到了600℃以下区域，也不会产生位错了。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直拉大尺寸无位错锗单晶新型缩颈工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)通过常规缩颈工艺将细颈的尺寸控制在3-5mm，长度150-300mm；(2)将细颈放粗到直径为Φ15
±
2mm，等径拉...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇，冯德伸，李燕，雷同光，王博，
申请(专利权)人：有研科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：